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日本中国半导体对照龙芯困境 谈日本CPU的发展道路

说到日本的CPU,很多人会问,日本有CPU吗?确实,我们日常接触的计算机基本都是wintel,CPU基本都是美国公司的。其实日本有很多种CPU,在中国也被广泛应用,只是我们很难看到它,被嵌入了,不象有个什么“Intelinside”的牌子。当然,在中国嵌入式开发领域,日本CPU的应用也比较少,低端的多为51、PIC、AVR系列,高端的则是ARM一统天下,总之是八国联军。我想大概是因为日本CPU的相关支持工具和文档资料大多用日文写的,一般中国人看不懂。相比之下,欧美的CPU就比较好接受。看起来,CPU东西,自己的文化弱了,推广起来也比较困难。不过,在日本,日本CPU绝对是主流,从低端到高端。从我使用的情况看,比欧美系的CPU好用,功能全面集成度高。日本的CPU大概叫关起门来自己爽。

谈CPU先要谈与CPU直接相关的基础产业——半导体。日本的半导体产业起步不算早。直到70年代初,日本半导体需要量的7-8成还需要依靠进口。当时中国正处于文化大革命,经济崩溃,知识分子被关牛棚,工农兵大学生和外行领导内行导致科研机构一片混乱。即使这样,日本当年还需要从中国进口半导体制造设备。

这时候,日本的电电公社,现在NTT的前身,相当于中国电信,发挥了很大作用。电电公社坚决采购国产电话交换机,并坚持使用国产的半导体,组织协调日本的半导体企业协作攻关。反面则是电电公社搞垄断,高昂的电话初装费和软预算赤字财政。1976年,日本政府成立半导体的国家实验室,国家的力量进行攻关。国家战略的结果,使日本半导体生产技术达到了世界领先水平。

国家扶持和计划,使日本半导体产业与美国有很大的不同。最大的特点是大而全,小而全,自产自销。在初期,半导体的生产几乎100%在本企业或本集团内消费了。即使现在,也有很大比例是在本企业本集团内消费。这与美国半导体企业基本外销很不相同。比如,日立生产的半导体,很大比例在日立集团内部消费了,如日立的家电、精机、重机、工厂等等。而Intel的半导体则很少自己用,绝大多数都卖给其它用户。原因是日本半导体的起点低,性能质量价格面并没有优势,只能自产自销,大而全小而全,发展半导体是作为国家及本企业集团的战略,而不是一时的经济效益。要经济效益还不如直接买美国的。

日本的这种做法,引起美国的不满,认为这是计划经济违反了市场经济规律云云。日本人也颇不满,自己的电电公社虽然搞软预算赤字财政,毕竟还是企业。而美国的国防部则完全是软预算,完全不讲经济效益。就中国是市场经济的信徒,在日本半导体突飞猛进的时候,中国迎来了改革开放的春风,引进市场机制的葵花宝典,半导体产业就挥刀自宫了。同时自宫的产业还有很多。自宫的结果,使中国这近30年取得了世人瞩目的经济成就。欲练神功需要挥刀自宫,这是颠扑不破的真理。

国家战略和计划的引领下,日本半导体生产工艺突飞猛进,但需要高超设计技巧的CPU却没有很大突破。中国经历了10年文革的摧残,1977年研制成功了专用的弹载16位CPU。美国的CPU在1970年代末期形成了Intel的86系和Motorola的68系CPU。两强争霸,都想扩大市场占有率树立事实上的标准,但又受限于产能不足。于是找到日本厂家,日本厂家以许可证方式生产与美国兼容的CPU,作为第二供货方,这是日本CPU的起步。

日立承接的是Motorola的MC680X和MC68000,日立生产的MC68就叫HD68。NEC则承接Intel的86,形成V20、V30系的CPU。日本没有与国际接轨,融入国际社会的心思,喜欢自定标准,自搞一套。当80年代初IBMPC风靡全球时,日本自搞了一个PC98。手机也是自成系统。这以中国不同,在中国与国际接轨是政治正确,雄心壮志早被阉了,想自立体系想都不敢想。当然,PC98最终没有抵抗住IBMPC,在几年前还是最终放弃了,但毕竟日本曾经奋斗过,很多事也是谋事在人成事在天,但奋斗的心不能死。

1984年,作为日本国策的TRON项目开始实施。TRON项目是集计算机OS和CPU设计一体的大型计划。涵盖的目标非常广泛,从实时控制到桌面系统,从工厂自动化到商业应用,无所不包。目的要建立日本独立的计算机软硬件体系。即阻止外国系统对日本的渗透,又想在世界中树立日本的标准。

1984年也是中国关键的一年。是年年底,通过了城市改革的决议,拉开了城市改革的序幕。这一年还是“鬼门关”,无论项目是否成功,这一年都必须下马停止。时隔20年后,许多项目才重新开始,或者再也没有可能开始了。这一年大概可以称为中国的“自宫年”。中国需要集中精力发展经济,改善生活。我们的目的是喝水,再也不能干挖井的蠢事了,这些“奇技淫巧”还是算了吧。

作为TRON项目的结果。1987年,日立发布了H8/H16/H32三款CPU,分别是8位/16位/32位。其时日本产品在欧美市场上咄咄逼人,即便作为86和68系CPU的第二供货商,也有喧宾夺主侵夺美国原厂商市场份额的势头。这些引发了日美贸易摩擦,美国政府向日本政府施加压力,小胳膊毕竟没有扭过大腿。TRON计划被大幅度缩小,只限定在实时嵌入式领域。Intel和Motorola分别向NEC和日立提起诉讼,禁止它们再生产销售与86和68系兼容的芯片。这些诉讼最后都在庭外和解了,作为和解的结果,H16由于酷似Motorola的68被放弃了,H32由于TRON项目缩小也被放弃了。H8虽然也大量承袭了68的设计,但总算被保留了下来。

日本历史上有过多次失败,但雄心壮志从来就没有熄灭过。虽然有时必须认命,被外力宫去大半,但雄心不死,还有重生的机会。中国则精神上萎靡了,不用别人动手,就自宫了。即便有人劝说中国能行,但始终坚挺不起来。

日立的H8虽然是8位的CISC设计,随着时代发展,逐步扩展到16位和32位。并在此基础上发展了RISC型的SuperH系列SH1/SH2/SH3/SH4。SH1/SH2定位于实时控制领域,SH3/SH4则定位于信息处理。NEC则发展了自己独自的78和V850系列。

这些CPU都定位于嵌入式领域,避免与美国直接冲突。嵌入式领域市场庞大并被细分,手机、游戏机、汽车、各种家用电器、各种生产装置……,这些领域都是日本的强势领域。这些东西和我们日常生活密切相关,但我们往往觉察不到它们里面计算机的存在。在嵌入式领域对CPU的性能要求并不很高,很难出现赢家通吃的局面。日本CPU的最高主频目前还没有超过1GHz,NEC的V850的一款CPU号称是世界上主频最低的32位RISCCPU,只有20MHz,但却有着极低的功耗。

嵌入式领域性能不是主要因素,有自己的特色就可以在市场中找到定位点。嵌入式应用需要丰富的接口,光CPU远远不够。日本的CPU一大特点是集成了丰富的接口,A/D、D/A、PWM、定时器/技数器、各种通信协议、图象声音的编解码器、Flash、SRAM甚至还集成了大容量的DRAM。包含接口的不同,形成一个完整的系列,根据具体应用的需要选择具体的CPU型号。往往一个单片就可以构造一个完整的应用系统。

软件系统虽然TRON被大幅度缩小,成了uITRON,TRON前面的uI分别代表微型和工业的意思。小有小的好处,正好适应这种资源严重受限的嵌入式应用环境。WindowsCE和Linux则庞大笨重,于是uITRON占了日本近一半的市场份额。uITRON只是一个标准,并不是具体实现,具体的软件有好几种,其中也有免费开源的uITRON。当然这些日本CPU也能运行WindowsCE和Linux。据说SH3是世界上第一种运行WindowsCE的CPU。

软件和硬件系统的结合,使日本的CPU在日本市场上成为主导,外国CPU占的市场份额很小。这与中国不同,中国则是被八国联军占领了。日本的出版教育界也功不可没。有名的CQ出版社出版的电子杂志详细介绍这些本国CPU用法和特点,还免费赠送这些CPU的实验板。还免费提供这些CPU的软核,在FPGA中实现自己的系统,用于研究和教学。学生时代的教育就使用本国的CPU,工作后自然而然就使用本国的CPU。中国的教育原来是Z80,后来是8051,于是学生毕业后就用这些外国CPU。

国家战略、科研、教育、产业相结合,使日本CPU产业从无到有,由弱到强,独树一帜。中国这四个方面相互脱节,国家战略是建立市场经济体制,不惜摧毁自己独立的科研和产业体系。科研面是单打独斗,在整个国家当作点缀存在。教育是面向世界,为留学和外企培养人才。产业则基本被卖掉了,外资企业挑大梁。这样的环境中,发展自己的CPU产业何等艰难。聪明如陈进的,一开始就认为事不可为,打磨芯片交差,科研经费落袋。方舟则是在中途醒悟,还是搞房地产来钱快。就剩下愚公龙芯继续奋斗,但不知道红旗能打多久。

(来源:cnbeta)


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